Геодезические работы в гражданском

ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ РАБОТЫ В ГРАЖДАНСКОМ

СТРОИТЕЛЬСТВЕ

ПРОИЗВОДСТВО РАБОТ НУЛЕВОГО ЦИКЛА

Разбивка осей зданий и сооружений

Здания и сооружения состоят из отдельных связанных ме­жду собой геометрических элементов. Эта связь обеспечива­ется взаимным расположением осей. Разбивка здания состоит в определении и закреплении на местности осей. Конфигурация иразмеры здании определяют число и вид осей, подлежащих переносу в натуру.

Различают три вида осей зданий и сооружений. Главные оси — это две взаимно перпендикулярные линии, относительно которых здание или сооружение располагается симметрично. Обозначаются главные оси на генеральном плане римскими цифрами.

Основные оси проходят по контуру здания или соору­жения, одни из них — продольные — обозначаются буквами, а перпендикулярные к ним — поперечные — обозначают циф­рами. Такое обозначение осей позволяет избежать однозначно­сти понятий при производстве разбивочных и строительных ра-

Рисунок 1- Главные и основные оси здания

бот (рис. 1). Для линейных сооружений (дорог, трубопрово­дов, каналов) в проекте намечают главные и основные про­дольные оси. Если сооружение имеет закругление, то оси повто­ряют его контур.

Вспомогательные или разбивочные оси служат для детальной разбивки частей и элементов сооружений. Они проектируются и разбиваются чаще всего параллельно основ­ным осям, но могут быть расположены и под углом к ним. При разбивке достаточно главные и основные оси закрепить че­тырьмя знаками, по два с каждой стороны здания. Знаки дол­жны располагаться на одинаковом расстоянии от здания, в местах, обеспечивающих их длительную сохранность и бес­препятственное ведение работ, особенно при возведении нуле­вого цикла, и должны быть ограждены (рис. 2) горизонта на последующие этажи. Поэтому расстояния до створных знаков должны быть не менее полной высоты сооружения, а при возможности составлять полторы вы­соты здания.

Для уменьшения числа знаков оси можно закрепить краской на стенах существующих зданий, попадающих в створ данной оси.

Кроме плановой разбивки на местности каждое строящееся здание должно быть обеспечено не менее чем двумя рабочими высотными реперами. Отметка чистого пола первого этажа строящегося здания принимается за нуль, в дальнейшем все отметки ниже пола будут отрицательными, а выше — положи­тельными. Отметка строительного нуля переносится на рабочие реперы методом геометрического нивелирования.

Место установки рабочих реперов выбирается с учетом удоб­ства пользования ими в процессе высотных разбивочных и кон­трольных работ и с учетом сохранности на весь период строи­тельства.

После завершения разбивки здания или сооружения, за­крепления осей и установки рабочих реперов геодезистом и про-

Рисунок 2- Схема разбивки осей

изводителем строительных работ составляется акт передачи-приемки разбивочных работ с приложением схемы закрепления осей, линейных и угловых размеров между осями, исходных пунктов геодезической разбивочной основы и других необходи­мых данных.

Построение обноски

Для выполнения детальных разбивочных работ при строи­тельстве подземной части здания (нулевого цикла) строят об­носку. Она представляет собой специальное ограждение, уста­навливаемое по внешнему контуру строящегося здания на не­котором расстоянии от основных осей, на которые переносятся основные и детальные разбивочные оси. Обноска обеспечивает высокую точность (1—2 мм) разбивки осей и передачи их в кот­лован при устройстве фундаментов. Ее проектируют на генплане параллельно контуру здания и так, чтобы она не попадала в зону производства земляных работ, установки строительных кранов или на места складирования строительных конструкций. Обычно расстояние от стены строящегося здания до обноски составляет 4—8 м, но не ближе 1,5—2 м от верхней бровки котлована под фундамент.

По конструкции обноска может быть сплошная, разрежен­ная и створная. При сплошной обноске по периметру здания примерно через 2—4 м на принятом расстоянии вкапывают столбы. С помощью нивелира на одном уровне, на высоте 0,5— 1,2 м делают метки и прибивают обрезные доски. В отдельных местах для выезда транспорта делают разрывы (рис. 3, а).

Разреженная обноска устраивается аналогично сплошной, но только в местах расположения осей (рис. 3, б). Створная обноска (рис. 39, в) состоит из отдельно стоящих столбов, ус-

Рисунок 3- Виды обноски:

а — сплошная; б — разреженная; в — створная

тановленных в створе всех осей зданий. Каждая пара столбов закрепляет отдельную ось. Все столбы устанавливают по ли­нии, параллельной осям здания. Срезы должны быть на одной высоте. На местности с большим уклоном обноску строят ус­тупами.

В практике жилищного строительства широко применяется инвентарная обноска. Она состоит из металлических якорей, вбиваемых в землю через 3—4 м. В отверстия якорей встав­ляют металлические стойки с муфтами, в которых горизон­тально крепят трубчатую штангу. Оси на штанге фиксируются специальным подвижным хомутом с табличкой, обозначающей название оси.

Относительная погрешность линейных измерений при раз­бивке осей по обноске составляет 1/10 000—

1/25 000. Точность разбивки осей обусловлена ошибками непараллельности сторон обноски продольным и поперечным осям сооружений, отклоне­ниями обноски от прямолинейности и негоризонтальности ее; чтобы обеспечить заданную точность разбивки осей по обноске влияние каждой ошибки не должно превышать примерно 1/50 000.

Угол непараллельности обноски находят из формулы:

Он не может быть более 22'. Величину отклонения обноски от створа вычисляют следующим образом:

где l — длина рулетки. При = 1/50 000 и = 20 м =±6,3 см. Превышение к между двумя соседними точками на обноске должно быть не более

При =3 м h=±1,9 см.

Из расчетов видно, что обноска должна быть параллельна осям сооружений, створность столбов необходимо устанавли­вать по теодолиту, а высоту обноски выносить нивелиром.

Разбивку обноски выполняют или от створных знаков за­крепления главных или основных осей, или от точек пересече­ния основных осей на контуре здания на основе проекта об­носки, рабочих иразбивочных чертежей. Местоположение стол­бов обноски намечают линейными промерами. Точки закрепления главных или основных осей переносят на обноску с помощью теодолита. По обноске рулеткой определяют поло­жение всех остальных разбивочных осей.

Разбивка котлованов

Геодезические разбивочные работы при устройстве котлова­нов под фундаменты зданий и сооружений выполняются на ос­нове генерального плана и рабочих чертежей, на которых ука­заны основные оси и все размеры, определяющие расположе­ния контуров котлована. При разбивке котлованов определяют на местности местоположение нижнего контура и верхней бровки, а также их отдельных элементов. Для определения объемов земляных работ производят нивелирование поверхно­сти в пределах верхней бровки котлована.

Способы геодезических разбивочных работ зависят от кон­струкции и глубины заложения фундамента. Разбивка контура неглубоких котлованов (траншей) под ленточные фундаменты производится от основных осей зданий, вынесенных на обноску. Для этого вдоль оси между метками на обноске натягивают струну и с помощью отвеса ось переносят на поверхность земли, фиксируя ее колышками. Далее вправо и влево от оси, согласно рабочих чертежей, откладывают расстояния, в сумме составля­ющие ширину фундамента, и также закрепляют кольями. Ме­жду кольями на уровне земли натягивают шнур, который и обозначает границу траншеи. При сборных ленточных фунда­ментах ширина траншеи увеличивается на некоторую величину а, необходимую для беспрепятственной укладки блоков фунда­мента.

При устройстве глубоких котлованов выполняют разбивку их нижнего контура и верхней бровки от закрепленных на мест­ности главных или основных осей. До выполнения земляных работ обноска, как правило, не устраивается.

Сначала выносят нижний контур котлована согласно про­ектных размеров. Размеры котлована обычно задаются не-

Рисунок 4-Схемы разбивки котлованов под фундаменты

сколько больше размеров фундамента. Контур верхней бровки определяется в зависимости от глубины котлована, крутизны откоса, рельефа поверхности и разбивается от нижнего кон­тура (рис. 4, а). Для этого определяют отметки земли в точ­ках 1—4 на каждом углу нижнего контура котлована и вычис­ляют расстояния до верхней бровки котлована на каждом углу по формуле:

где а — отстояние нижней бровки котлована от фундамента; — отметка земли на каждом углу; — отметка дна котло­вана.

Натянув шнур через вынесенные точки, получают контур верхней бровки котлована. Так как при разработке котлована механизмами установленные по бровке колья будут уничто­жены, то целесообразно бровки закрепить створными знаками на расстоянии, обеспечивающем их сохранность (рис. 4, б). Средние квадратические погрешности разбивки границ ниж­него контура и верхней бровки котлована относительно глав­ных и основных осей сооружений не должны превышать 3 см.

Производство земляных работ

В процессе выемки грунта необходимо систематически вы­полнять контроль за глубиной котлованов или траншей с по­мощью геометрического, тригонометрического нивелирования или визирок. При рытье глубоких и широких котлованов по мере их углубления отметки от рабочего репера (строительного нуля) постепенно передают по уступам на дно геометрическим нивелированием, причем для контроля передача осуществляется или дважды одним способом, или двумя различными способами. Неглубокие котлованы контролируются геометрическим ниве­лированием с одной станции с применением трех- или четырех­метровых реек.

Контроль глубины разработки при помощи визирок выпол­няется в следующем порядке. За 2—3 м от верхней бровки котлована на противоположных его сторонах на одной отметке укрепляют две постоянные визирки. Длину контрольной визирки рассчитывают по проектной отметке Я_о дна котлована и отметке верха постоянных визирок по формуле:

Изготовив визирку расчетной длины , периодически в про­цессе углубления котлована контролируют его глубину. Такой способ применяется при сравнительно неглубоких и нешироких котлованах.

Если котлован имеет значительные размеры, то эффектив­ным контролем глубины является тригонометрическое нивели­рование. Оно имеет значительные преимущества перед геомет­рическим (экономия времени, удобство и простота измерений, определение отметок нескольких точек с одной станции). При контроле тригонометрическим нивелированием для определения глубины котлована h измеряют вертикальный угол и горизон­тальное расстояние d с одной станции прибора (рис. 41). Тогда

где i— высота прибора; — высота визирования на рейку.

На практике всегда высота визирования равна высоте при­бора, поэтому формула примет вид Горизонтальное проложение d линии определяется с помощью нитяного дально­мера. Окончательная формула для определения текущей глу­бины котлована имеет вид

где К — коэффициент нитяного дальномера; п — число санти­метровых делений рейки между дальномерными нитями; с — постоянная дальномера.

Разработку грунта механизированным способом прекра­щают за 5—10 см до проектной отметки, чтобы не нарушить целостность грунта. Доведение дна котлована до проектной от­метки выполняется вручную. Для этого в небольших углубле-

Рисунок 5- Контроль глубины раз­рабатываемого котлована три­гонометрическим нивелирова­нием

ниях с помощью нивелира через 4—5 м по всей площади дна котлована забивают колья таким образом, чтобы верхний срез находился на проектной отметке. Часть кольев можно устано­вить с помощью нивелира, а часть—с помощью визирок. Сред­няя квадратическая погрешность выноса отметок не должна превышать I см.

После окончательной зачистки дна выполняют исполнитель­ную съемку. На дне котлована параллельно основным осям разбивают сетку квадратов со сторонами 5—10 м в зависимо­сти от размеров котлована и геометрическим нивелированием определяют отметки их вершин. Отклонения фактических отме­ток дна от проектных не должны превышать 2—3 см.

На исполнительном чертеже откладывают фактические и проектные размеры котлована, смещение его относительно осей; фактические и проектные отметки дна. Вычисляют объем зем­ляных работ.

Геодезическое обоснование.

Как правило, создается двухсту­пенчатое плановое обоснование: опорная и рабочая специаль­ные сети. Опорная сеть необходима для разбивки главных осей высотного сооружения. Проектирование такой сети выполняется на строительном генплане с учетом временных сооружений. При проектировании и выборе местоположений пунктов опорной сети необходимо учитывать возможность использования их для построения рабочей сети, наблюдения с них за положением возводимого здания по всей высоте и проведения контрольных измерений для определения деформаций сети.

Опорная сеть представляет собой чаще всего, центральную систему, четыре пункта которой 1—4 расположены на главных осях х и у, а центральный пункт О является центром возводи­мого сооружения (рис. 57, а). Число дополнительных осей и пунктов зависит от конфигурации сооружения. Точки необхо­димо располагать вне строительной зоны на расстоянии 1—1,5 высоты от центра, чтобы их можно было использовать при воз­ведении сооружения на всю высоту.

После завершения строительства нулевого цикла на фунда­мент выносят центр сооружения О и строят рабочую сеть, не­обходимую для строительно-монтажных работ. Пункты рабочей сети могут располагаться как внутри здания, так и снаружи его. При выборе пунктов рабочей сети необходимо предусмот­реть возможность контроля за их положением в процессе строи­тельства от пунктов опорной сети и удобство контроля возведе­ния сооружения. Погрешность измерения расстояний должна быть в пределах 1/5000—1/10 000, а углов— 10".

При создании опорных сетей для группового возведения зда­ний применяют сети, в которых на каждом радиусе располага­ется по два и более знака (рис. 57,6). Такое расположение знаков удобно в том случае, когда наблюдение центра соору­жения в процессе строительства становится невозможным и используется при наблюдении за кренами. Для создания сетей при существовании видимости между смежными пунктами при­меняют методы триангуляции, трилатерации или линейно-угло­вые построения. При отсутствии видимости применяют метод полигонометрии. На пунктах 1—4 опорной сети (см. рис. 57, а), расположенных на главных осях сооружения, измеряют гори­зонтальные углы на удаленные ориентиры. Повторные изме­рения этих углов в процессе строительства позволяют опреде­лить крен сооружения в угловой и линейной мере, а также вос­становить направление осей при невозможности наблюдений на центр сооружения. Высотная основа, необходимая для возве­дения, представляет собой два-три репера, заложенные возле основания сооружения. Отметки реперов получают из геомет­рического нивелирования четвертого класса. Часто отметки передают на пункты планового обоснования и используют их в дальнейшем в качестве реперов. Для закрепления обоснова­ния применяют типовые центры и реперы или специальные, поз­воляющие наблюдение выполнять без штатива непосредственно со знака.

ЛИНЕЙНЫХ СООРУЖЕНИЙ

8.1. РАЗБИВКА КРИВОЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СООРУЖЕНИИ

Общие сведения о кривых

При строительстве автомобильных и железных дорог, трам­вайных путей, магистральных трубопроводов, каналов возни­кает необходимость в разбивке различных кривых: окружности, эллипса, параболы, радиоидальной кривой, кубической пара­болы, лемнискаты и т. п. Окружность применяется в качестве основной кривой на дорогах и каналах, эллипс—на регуляци­онных дамбах, конусах насыпи мостовых опор; парабола'—для очертания вертикального продольного профиля дорог, попереч­ного профиля автомобильных дорог и т. д.; радиоидальная кри­вая и кубическая парабола используются в качестве переход­ной кривой, предназначенной для сглаживания резкого пере­хода от прямой к основной круговой кривой.

Круговая кривая характеризуется углом поворота и ра­диусом R (рис. 62). Угол измеряется в точке В — вершине угла поворота. Радиусом R задаются с учетом нормативных требований, предъявляемых к сооружению. Главные точки кри­вой: НК — начало, СК — середина и КК — конец — определя­ются относительно вершины и направлений угла на другие вер –

шины. Основные элементы кривой: Т — тангенс или касатель­ная, Б — биссектриса, К — длина кривой, Д —домер — вычис­ляют по формулам

Положение средней точки можно определить также путем деления кривой на две равные части и вычисления малого тан­генса t, полухорды bи стрелы f

:

Основные элементы кривых выбирают из таблиц для раз­бивки кривых. При больших углах поворота кривая отклоня­ется от касательных на большое расстояние и ее разбивают кратными кривыми с углом _г = /n где п—число кратных кривых.

Если при разбивке кривой ее вершина недоступна (рис.63), то угол получают косвенным способом по измеренным углам и в промежуточных произвольных точках С и D. Измерив расстояние CD, решают треугольник COD иопределяют рас­стояния ОС и OD. Далее, задавшись радиусом круговой кривой, по углам и ( /2) находят соответственно величины Т иt. Те­перь по разностям известных расстояний легко найти рас­стояния

по которым определяют положение точек Е и F — вершины со­ставной кривой. При этом точка Н является серединой всей кривой и точкой сопряжения кратных кривых одного радиуса. Элементы кратных кривых определяют по известной схеме. Их применяют при разбивке длинных кривых с большим углом по­ворота, когда кривая слишком далеко удалена от тангенса. В этом случае целесообразно делить кривую на четыре и более частей.

Детальная разбивка кривых

Положение кривой на местности не определяется полностью ее главными точками. Для строительства сооружения необхо­димо найти положение ряда промежуточных точек кривой. Рас­стояние между ними выбирают с таким расчетом, чтобы кривая

незначительно отличалась от хорды, соединяющей смежные точки. Обычно расстояние между промежуточными точками со­ставляет 20 м при радиусе более 500 м, 10 м —при радиусе 100—500 м и 5 м — при радиусе менее 100 м. Кроме того, ча­стота разбивки зависит от вида и материала сооружения, не­обходимой точности его возведения. Эти требования опреде­ляют также и точность разбивочных работ.

Существует несколько способов детальной разбивки кривых, которые различаются между собой по виду измерений и усло­виям использования. Разбивка кривых радиусом менее 20 м выполняется из центра кривой или при помощи шаблонов.

Способ прямоугольных координат.За ось абсцисс прини­мают линию тангенса (касательную), за начало координат — начало кривой для первой и конец кривой для второй ветви. Задавшись удалением k промежуточной точки кривой от на­чала координат (рис. 64) находят центральный угол = (k/R)p, а по нему — прямоугольные координаты точек 1, 2,...,п:

где i— текущий номер точки кривой (i=1, 2, ..., п). Вместо абсциссы часто пользуются величиной к—х. Значения у даются в таблицах и выбираются по аргументу k—х. Для разбивки точки сначала откладывают вдоль касательной величину k, а затем, отступив назад на величину k—х, фиксируют времен­ную точку и строят в ней перпендикуляр. На нем откладывают ординату у, в конце которой закрепляют точку кривой.

Способ применяется для разбивки круговых и переходных кривых, особенно в тех случаях, когда кривая близко подходит к тангенсу, а также при выносе пикета на кривую.

Способ линейно-угловой засечки.Он заключается в по­строении угла /2 в начале координат и последовательном от-

Для разбивки промежуточных точек кривой теодолит уста­навливают в НК или КК. Ориентируют его по линии тангенса и откладывают от этой линии /2. Отложив вдоль построенного направления хорду /, закрепляют первую точку. Затем в той же точке НК строят угол 2 ( /2) и откладывают хорду /—2, по­лучая на пересечении направления угла и хорды точку 2, и т. д. Линейные измерения выполняют вблизи кривой, что выгодно при разбивке точек на насыпи. Если сектор угловых построений ограничен, то теодолит переносят в какую-либо определенную точку, строят в ней новую касательную и производят от нее разбивку аналогично предыдущему. Этот способ применяют для разбивки кривых земляных сооружений.

Способ продолженных хорд.Задавшись длиной хорды, на­пример 10 м, определяют смещение a = l²/R, при помощи кото­рого разбивают все точки кривой, кроме первой. Первую точку получают по прямоугольным координатам х — 1 и у = а/2 (рис. 66). Протянув через НК (точка А) и точку 1 мерный прибор или трос длиной 21, например рулетку, на продолжении получают предварительную точку 2'. Для получения на кривой точки 2 рулетку придерживают в точке 1, а ее конец сдвигают к кривой на величину а и фиксируют точку 2. Точку 3 получают аналогично на основе линии 1—2 и далее до середины кривой. Применяется этот способ в стесненных условиях (в насыпи, вы­емке, шахте) при невысокой точности разбивки.

Способ трех точек.Он аналогичен способу продолженных хорд. Для хорды / вычисляют стрелу f = l²/2R, по которой опре­деляют все точки кривой (рис. 67). Сначала разбивают точку 1 по прямоугольным координатам х = 1 и y = f. Затем рулетку или трос длиной 21 протягивают так, чтобы в точке 1 он про­ходил с внутренней стороны кривой на расстоянии f. В этом положении троса закрепляют точку 2, Затем начало троса пе­реносят в точку /, укладывают его со стрелкой в точке 2 и от­мечают точку 3 и далее до середины кривой.

Способ вписанного многоугольника.Он заключается в деле­нии всей кривой на п равных частей с хордой, где ( — центральный угол (рис. 68).

Вычислив углы = 180°— /2n =180°— , начинают раз­бивку. Для этого теодолитом, установленным в НК (или КК) строят угол , по направлению угла откладывают хорду и фик­сируют точку /. Установив на ней теодолит, строят угол фиксируют точку 2 и далее до середины кривой. Благодаря вы­сокой точности линейных и угловых измерений способ исполь­зуется для разбивки кривых в тоннелестроении.

Переходные кривые

Для уменьшения вредного влияния центробежной силы и обеспечения плавности движения при переходе с прямого уча­стка пути на кривую их сопряжение осуществляется при по­мощи переходной кривой. Главной особенностью переходной кривой является ее радиус, который плавно изменяется от бес­конечности в начале кривой до радиуса круговой кривой.В пре­делах переходной кривой делают односкатный поперечный про-

Рис.69. Переходная кривая

филь (вираж) с наклоном к центру кривой (на автомобильных дорогах) или поднимают наружный рельс над внутренним (на железнодорожных линиях). Уравнение переходной кривой, вы­веденное из условия, чтобы в каждой ее текущей точке вели­чина виража или возвышения рельса уравновешивала действие центробежной силы, имеет вид р = С/1, где р — радиус; I — уда­ление текущей точки кривой от ее начала; С—постоянная, или параметр переходной кривой. В начале переходной кривой I =0 и R= , а в конце l = L и p = R (рис. 69), следовательно C=RL, где L — длина переходной кривой; R — радиус круговой кривой. Элементы переходной кривой определяют по формуле

где Т, Б, К, Д — элементы круговой кривой; Т_п, Б_п, К_п, Д — элементы переходной кривой; t—дополнение к тангенсу (рас­стояние от НК до НПК); р — сдвижка круговой кривой.

Чтобы не уменьшать радиус круговой кривой на сдвижку р, центр кривой сдвигают на величину Б_р=р sec( /2), где — угол поворота трассы. Поэтому тангенс круговой кривой полу­чает приращение

.

Элементы переходной кривой со смещенным центром опре­деляют по формулам

Все величины выбирают из таблиц для разбивки кривых. Пикетаж вычисляют по известному правилу.

Положение текущих точек переходных кривых задают чаще всего в прямоугольных координатах:

радиоидальная кривая (клотоида)

Для облегчения разбивки переходных кривых составлены таблицы, в которых даются прямоугольные координаты теку­щих точек клотоиды. Их определяют по аргументам R, L и I. Радиусы кривых приняты от 100 до 4000 м, а значения L от 20 до 200 м и кратны 10 или 20 м. Для детальной разбивки пере­ходной кривой ее начало НПК принимают за начало коорди­нат, а тангенс — за ось — абсцисс.

Вертикальные кривые

Переломы продольного профиля дорог сопрягаются верти­кальными круговыми кривыми. Различают выпуклые и вогну­тые вертикальные кривые. Для обеспечения видимости на выпуклых кривых их радиусы назначаются больше, чем на вог­нутых (100—30 000 м первые и 100—3000 м —вторые). Боль­шие радиусы принимаются на железных, а меньшие — на авто­мобильных дорогах. Элементы вертикальных кривых опреде­ляют по радиусу и алгебраической разности уклонов (рис. 70) при помощи приближенных формул

где i i₂ — уклоны первой и второй сопрягаемых линий про­дольного профиля.

Для детальной разбивки кривых вычисляют отметки про­межуточных точек профильной линии и вводят в них поправки за кривизну:

где и — отметки вершины перелома продольного профиля текущей точки кривой; х — абсцисса этой точки от начал кривой; у — поправка за кривизну, которая вводится со знаком «—» для выпуклых кривых и со знаком « + » — для вогнутых. Элементы вертикальных кривых и поправки даются в таблицах.

ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ РАБОТЫ В ГРАЖДАНСКОМ

СТРОИТЕЛЬСТВЕ